Kudaybergenov k. K. Funksional analizdan misol va masalalar
Download 1.55 Mb. Pdf ko'rish
|
O‘ZBEKISTON RESPUBLIKASI OLIY VA O‘RTA MAXSUS TA’LIM VAZIRLIGI BERDAQ NOMIDAGI QORAQALPOQ DAVLAT UNIVERSITETI AYUPOV Sh.A., IBRAGIMOV M.M., KUDAYBERGENOV K.K. FUNKSIONAL ANALIZDAN MISOL VA MASALALAR O‘quv qo‘llanma NUKUS ¿ BILIM À 2009 85.32 P-78 Taqrizchilar: V.I. Chilin M. Ulug‘bek nomidagi O‘zMU professori, fizika-matematika fanlari doktori R.M. Turgunbayev Nizomiy nomidagi TDPU dotsenti, fizika-matematika fanlari nomzodi Ayupov Sh.A. va boshq. Funksional analizdan misol va masalalar: o‘quv qo‘llanma. Ayupov Sh.A., Ibragimov M.M., Kuday- bergenov K.K.; O‘zbekiston Respublikasi oliy va o‘rta maxsus ta’lim vazirligi, Berdaq nomidagi Qoraqalpoq davlat universiteti. – Nukus: Bilim, 2009. – 304 b. Qoraqalpoq davlat universiteti ilmiy-metodik kengashining 2009 - yil 30 - avgustdagi 1-sonli bayonnomasi bilan tavsiya etilgan. BBK 85.32P78 Ushbu o‘quv qo‘llanma oliy ta’lim muassasalarida tahsil olayotgan bakalavriat talabalarini funksional analizning asosiy tushunchalari (to‘plamlar nazariyasi, o‘lchovlar va Lebeg integrali, metrik fazo, chi- ziqli, normalangan, Hilbert fazolari, ularda aniqlangan operator va funksionallarning xossalari va ularning integral tenglamalarga tat- biqlari) bilan tanishtirishga mo‘ljallangan. c ° Ayupov Sh. A., Ibragimov M.M. Kudaybergenov K.K., 2009 ISBN 978-9943-327-83-2 c ° Nukus ¿ Bilim À 2009 M U N D A R I J A Kirish . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 I. To‘plamlar nazariyasi elementlari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 § 1.1. To‘plam tushunchasi. To‘plamlar ustida amallar . . . . . . 7 § 1.2. Akslantirishlar. O‘zaro bir qiymatli mosliklar . . . . . . . . . 16 § 1.3. To‘plamning quvvati tushunchasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 II. O‘lchovlar nazariyasi elementlari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 § 2.1. O‘lchov tushunchasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 § 2.2. O‘lchovli funksiyalar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 § 2.3. Lebeg integrali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 III. Metrik fazolar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 § 3.1. Metrik fazolar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 § 3.2. Metrik fazolarda kompakt to‘plamlar . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 § 3.3. Qisqartirib akslantirish prinsipi va uning tatbiqlari .. . . . 96 IV. Normalangan fazolar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 § 4.1. Chiziqli fazolar va chiziqli funksionallar . . . . . . . . . . . . . . . 106 § 4.2. Normalangan fazolar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 § 4.3. Evklid va Hilbert fazolari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 V. Topologik fazolar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 § 5.1. Topologik fazolar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 § 5.2. Topologik fazolarda kompaktlik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 § 5.3. Chiziqli topologik fazolar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 VI. Chiziqli operatorlar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 § 6.1. Chiziqli operatorlar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 § 6.2. Uzluksiz chiziqli funksionallar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 § 6.3. Qo‘shma fazolar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 § 6.4. Kuchsiz topologiya va kuchsiz yaqinlashish . . . . . . . . . . . . 239 VII. Chiziqli operatorlar fazosi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 § 7.1. Chiziqli operatorlar fazosi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 4 § 7.2. Chiziqli operatorlar spektri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 § 7.3. Kompakt operatorlar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271 § 7.4. Integral operatorlar va tenglamalar . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283 Adabiyotlar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 K I R I SH Funksional analiz fani XX asrning boshlarida matematik analiz, al- gebra, geometriya fanlaridagi tushuncha va metodlarni umumlashtirish natijasida paydo bo‘lib, hozirgi zamon matematikasining eng ahamiyatli bo‘limlarining biri hisoblanadi. Bu fanning paydo bo‘lishi va rivojla- nishi dunyoga taniqli olimlar bo‘lgan D. Hilbert, F. Riss, S. Banax, M. Freshe, A.N. Kolmogorov, S.L. Sobolev, A.N. Tixonov, S.M. Nikolskiy kabilarning nomlari bilan bog‘liq. Funksional analiz nazariyasi metodlaridan matematikaning xohla- gan yo‘nalishini o‘rganishda foydalanish mumkin. Shu sababli, tak- lif etilayotgan o‘quv qo‘llanmaning zamonaviy matematikani chuqur o‘rganmoqchi bo‘lgan universitetlar, pedagogika institutlari talabala- riga hamda matematika faniga qiziquvchi boshqa o‘quvchilarga ham foydasi katta deb o‘ylaymiz. Funksional analiz fani bo‘yicha rus, ingliz va boshqa tillarda juda yaxshi yozilgan adabiyotlar ko‘p. O‘quvchilarga o‘zbek tilida taqdim etilayotgan bu o‘quv qo‘llanma oliy o‘quv yurtlari ”Matematika” va ”Amaliy matematika va informatika” ta’lim yo‘nalishlari uchun funk- sional analiz fani bo‘yicha o‘quv dasturiga mos yozildi. Qo‘llanma 7 bobdan iborat bo‘lib, funksional analiz fani bo‘yicha misol va masalalar berilgan. Birinchi bob to‘plamlar nazariyasi ele- mentlariga bag‘ishlangan bo‘lib, to‘plam tushunchasi, to‘plamlar ustida amallar, akslantirishlar, o‘zaro bir qiymatli mosliklar, ekvivalent va sanoqli to‘plamlarga misollar berilgan. Ikkinchi bob o‘lchovlar nazariyasi elementlariga bag‘ishlangan bo‘lib, unda o‘lchov tushunchasi, o‘lchovli funksiyalar va Lebeg integrallariga misollar berilgan. Uchinchi bobda metrik fazolarga bag‘ishlangan bo‘lib, metrik fa- zolar, metrik fazolarda kompakt to‘plamlar va qisqartirib akslantirish prinsipi va uning tatbiqlariga misollar berilgan. To‘rtinchi bobda chiziqli fazolar va chiziqli funksionallar, normalan- gan fazolar, Evklid va Hilbert fazolariga misollar berilgan. Beshinchi bobda topologik fazolar, topologik fazolarda kompaktlik va chiziqli topologik fazolarga misollar berilgan. Oltinchi bobda chiziqli operatorlar, uzluksiz chiziqli funksionallar, 6 K I R I SH qo‘shma fazolar, kuchsiz topologiya va kuchsiz yaqinlashishlarga misol- lar berilgan. Yettinchi bobda chiziqli operatorlar fazosi, chiziqli operatorlar spek- tri, kompakt operatorlar, integral operatorlar va tenglamalarga misollar berilgan. O‘quv qollanmani tayyorlashda katta hissa qo‘shgan Qoraqalpoq davlat universiteti funksional analiz kafedrasi o‘qituvchilari f.-m.f.n. S.J. Tleumuratov, A.J. Arziyev, J. Seypullayev va T.S. Kalandarovlarga mualliflar o‘zlarining chuqur minnatdorchiligini bildiradi. O‘quv qollanmaning taqrizchilari prof. V.I. Chilinga, dotsent R. Turgunbayevlarga qimmatli maslahatlari uchun mualliflar o‘zlarining chuqur minnatdorchiligini bildiradi. I BOB To‘plamlar nazariyasi elementlari 1.1. To‘plam tushunchasi. To‘plamlar ustida amallar Matematikada har xil to‘plamlar uchraydi. Masalan, tekislikdagi barcha nuqtalar to‘plami, barcha ratsional sonlar to‘plami, barcha juft sonlar to‘plami va hokazo. To‘plam tushunchasi juda keng ma’nodagi tushuncha bo‘lgani uchun uning ta’rifini berish juda qiyin. Shuning uchun bu tushuncha odatda ta’rifsiz qabul qilinadi. To‘plamlar lotin alifbosining bosh A, B, C, . . . harflari bilan, to‘plamning elementlari esa kichik a, b, c, . . . harflari bilan belgilanadi. Biror a buyumning A to‘plamining elementi ekanligi a ∈ A ko‘rinishda, a buyumning A to‘plamiga tegishli emasligini a / ∈ A kabi yoziladi. Masalan, A to‘plam sifatida barcha natural sonlar to‘plamini olsak, u holda 2 ∈ A va −2 / ∈ A. Birorta ham elementi bo‘lmagan to‘plam bo‘sh to‘plam deyiladi va u ∅ ko‘rinishda belgilanadi. Bo‘sh to‘plamga x 2 + 1 = 0 tenglamaning haqiqiy yechimlari to‘plami misol bo‘ladi. Agar A to‘plamning har bir elementi B to‘plamning ham elementi bo‘lsa, u holda A to‘plami B to‘plamning qism to‘plami deyiladi va A ⊂ B ko‘rinishda belgilanadi. A va ∅ to‘plamlar A to‘plamining xosmas qism to‘plamlari deyilib, A to‘plamining boshqa qism to‘plamlari uning xos qism to‘plamlari deb ataladi. 1. A = {2, 3, 4, 5} va B = {−1, 0, 2, 3, 4, 5, 6, 7} bo‘lsa, u holda A to‘plami B to‘plamining xos qism to‘plami bo‘ladi. 2. A = {1, 3, 6, 9} va B = {3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10} to‘plamlarning hech biri ikkinchisining qism to‘plami emas. 3. Barcha butun sonlar to‘plami barcha ratsional sonlar to‘plamining xos qism to‘plami bo‘ladi. Agar A ⊂ B va B ⊂ A bo‘lsa, u holda A va B to‘plamlari o‘zaro teng deyiladi va A = B ko‘rinishda belgilanadi. A va B to‘plamlarining o‘zaro teng emasligini A 6= B ko‘rinishda belgilaymiz. A va B to‘plamlarning kamida bittasiga tegishli bo‘lgan barcha ele- mentlardan iborat to‘plam A va B to‘plamlarining birlashmasi deb ata- ladi va A ∪ B ko‘rinishda belgilanadi. 8 I. To‘plamlar nazariyasi elementlari 1-rasm 4. A = {2, 4, 6, 8, 10, 12, 14} va B = {10, 11, 12, 13, 14, 15, 16} bo‘lsin. U holda A ∪ B = {2, 4, 6, 8, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16} bo‘ladi. 5. Agar A barcha juft sonlar to‘plami, B barcha toq sonlar to‘plami bo‘lsa, u holda A ∪ B barcha butun sonlar to‘plamidan iborat bo‘ladi. Biror X to‘plami berilgan bo‘lib, uning har bir x elementiga ba’zi A x to‘plami mos qo‘yilgan bo‘lsin. Elementlari A x to‘plamlardan iborat N to‘plamni to‘plamlar sistemasi deb ataymiz va uni N = {A x : x ∈ X} ko‘rinishda yozamiz. N to‘plamlar sistemasining birlashmasi deb A x to‘plamlarning kamida bittasiga tegishli bo‘lgan barcha elementlardan iborat to‘plamga aytiladi va bu to‘plam S x A x ko‘rinishda belgilanadi. A va B to‘plamlarning ikkalasiga ham tegishli barcha elementlardan iborat to‘plamga bu to‘plamlarning kesishmasi deyiladi va bu to‘plam A ∩ B ko‘rinishda belgilanadi. 2-rasm § 1.1 To‘plam tushunchasi. To‘plamlar ustida amallar 9 6. A = {6, 8, 10, 12, 14} va B = {11, 12, 13, 14, 15, 16, 17} bo‘lsa, u holda A ∩ B = {12, 14}. 7. A to‘plami 3 ga karrali sonlardan, B to‘plami esa 4 ga karrali sonlardan iborat bo‘lsa, u holda A∩B to‘plami 3 va 4 sonlariga umumiy karrali sonlardan iborat bo‘ladi. H = {A x }, x ∈ X to‘plamlar sistemasining kesishmasi deb har bir A x to‘plamga tegishli bo‘lgan barcha elementlardan iborat to‘plamga aytiladi va bu to‘plam T x A x ko‘rinishda belgilanadi. Agar A ∩ B = ∅ bo‘lsa, u holda A va B to‘plamlari o‘zaro kesish- maydigan to‘plamlar deb ataladi. Misol uchun, barcha ratsional sonlar to‘plami bilan barcha irratsional sonlar to‘plami o‘zaro kesishmaydigan to‘plamlar bo‘ladi. A to‘plamning B to‘plamga tegishli bo‘lmagan barcha elementlari- dan iborat to‘plam A va B to‘plamlarning ayirmasi deb ataladi va A\B ko‘rinishda belgilanadi. 8. A = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10} va B = {2, 4, 6, 8, 10, 12, 14} bo‘lsa, u holda A\B = {1, 3, 5, 7, 9}. 9. Barcha haqiqiy sonlar va barcha ratsional sonlar to‘plamlarining ayirmasi barcha irratsional sonlar to‘plamidan iborat bo‘ladi. A \ B va B \ A to‘plamlarning birlashmasiga A va B to‘plamlarining simmetrik ayirmasi deyiladi va bu ayirma A∆B ko‘rinishda belgilanadi: A∆B = (A \ B) ∪ (B \ A). 10. A = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9} va B = {5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12} bo‘lsa, u holda A∆B = {1, 2, 3, 4, 10, 11, 12}. 11. Barcha haqiqiy sonlar to‘plami bilan barcha ratsional sonlar to‘plamining simmetrik ayirmasi barcha irratsional sonlar to‘plamidan iborat bo‘ladi. Birinchi elementi A to‘plamga, ikkinchi elementi esa B to‘plamga tegishli bo‘lgan barcha (a, b) juftliklar to‘plami A va B to‘plamlarning dekart (to‘g‘ri) ko‘paytmasi deb ataladi va bu ko‘paytma A × B ko‘rinishda belgilanadi. 12. R barcha haqiqiy sonlar to‘plami bo‘lsa, u holda R × R tekis- likdagi barcha nuqtalardan iborat bo‘ladi. 13. Q orqali to‘g‘ri chiziqdagi barcha ratsional sonlar to‘plamini bel- gilaylik. U holda Q × Q tekislikdagi koordinatalari ratsional sonlardan iborat barcha nuqtalar to‘plamidan iborat bo‘ladi. 10 I. To‘plamlar nazariyasi elementlari Ba’zida qaralayotgan barcha to‘plamlar biror X to‘plamning qism to‘plamlari bo‘lsa, u holda X fazo deb ataladi. X \ E ayirma (bu yerda E ⊂ X) E to‘plamning X to‘plamiga nis- batan to‘ldiruvchisi deb ataladi va CE ko‘rinishda belgilanadi. 14. X = [−1, 2] va E = (0, 1) bo‘lsa, u holda CE = [−1, 0] ∪ [1, 2]. 15. R barcha haqiqiy sonlar to‘plami, Q barcha ratsional sonlar to‘plami bo‘lsa, u holda CQ barcha irratsional sonlar to‘plami bo‘ladi. Masalalar 1.1.1. Isbotlang: a) (A ∩ C) ∪ (B ∩ D) ⊂ (A ∪ B) ∩ (C ∪ D); b) (B \ C) \ (B \ A) ⊂ A \ C; c) A \ C ⊂ (A \ B) ∪ (B \ C). Yechimi. a) ∀x ∈ (A ∩ C) ∪ (B ∩ D) ⇒ x ∈ A ∩ C yoki x ∈ B ∩ D ⇒ (x ∈ A va x ∈ C) yoki (x ∈ B va x ∈ D) ⇒ (x ∈ A yoki x ∈ B) va (x ∈ C yoki x ∈ D) ⇒ x ∈ A ∪ B va x ∈ C ∪ D ⇒ x ∈ (A ∪ B) ∩ (C ∪ D) ⇒ (A ∩ C) ∪ (B ∩ D) ⊂ (A ∪ B) ∩ (C ∪ D). b) ∀ x ∈ (B \C)\(B \ A) ⇒ x ∈ B \ C va x / ∈ B \A ⇒ (x ∈ B hamda x / ∈ C) va (x ∈ B hamda x ∈ A) ⇒ x ∈ A\C ⇒ (B\C)\(B\A) ⊂ A\C. c) ∀x ∈ A \ C ⇒ x ∈ A va x / ∈ C ⇒ x ∈ A \ B yoki x ∈ B \ C ⇒ x ∈ (A \ B) ∪ (B \ C) ⇒ A \ C ⊂ (A \ B) ∪ (B \ C). 1.1.2. A \ B = C tengligidan A = B ∪ C tengligi kelib chiqadimi? Yechimi. Kelib chiqmaydi. Misol uchun A = [0, 2], B = [1, 4] bo‘lganda A \ B = [0, 1) bo‘lib, B ∪ C = [0, 4] bo‘ladi. 1.1.3. A = B ∪ C tengligining o‘rinli bo‘lishidan, A \ B = C tengligi kelib chiqadimi? Yechimi. Umuman aytganda kelib chiqmaydi. Misol uchun B = C 6= ∅ bo‘lganda (B ∪ C) \ B = ∅ 6= C. 1.1.4. A \ (B ∪ C) = (A \ B) \ C tengligini isbotlang. Yechimi. ∀x ∈ A\(B∪C) ⇒ x ∈ A va x / ∈ B∪C. Natijada x ∈ A\B va x / ∈ C bo‘lganligidan, x ∈ (A \ B) \ C, ya’ni A \ (B ∪ C) ⊂ (A \ B) \ C munosabati o‘rinli. Aksincha ∀x ∈ (A\B)\C bo‘lsin. U holda x ∈ A\B va x / ∈ C. Natijada x ∈ A, x / ∈ B ∪ C bo‘lgani uchun x ∈ A \ (B ∪ C), ya’ni A \ (B ∪ C) ⊃ (A \ B) \ C. Natijada berilgan tenglikning o‘rinli ekanligi kelib chiqadi. 1.1.5. A ∪ (B \ C) = (A ∪ B) \ C tengligi o‘rinlimi? Yechimi. Umumiy holda bu tenglikning o‘rinli emas ekanligini quyidagi rasmlarda ko‘rishga bo‘ladi. § 1.1 To‘plam tushunchasi. To‘plamlar ustida amallar 11 3-rasm 4-rasm 1.1.6. Tenglikni isbotlang: A∆ B = (A ∪ B) \ (A ∩ B). Yechimi. ∀ x ∈ A∆B ⇒ x ∈ A \ B yoki x ∈ B \ A ⇒ (x ∈ A va x / ∈ B) yoki (x ∈ B va x / ∈ A) ⇒ (x ∈ A yoki x ∈ B) va (x / ∈ A va x / ∈ B) ⇒ x ∈ A ∪ B va x / ∈ A ∩ B ⇒ x ∈ (A ∪ B) \ (A ∩ B) ⇒ A∆B ⊂ (A ∪ B) \ (A ∩ B). 12 I. To‘plamlar nazariyasi elementlari ∀x ∈ (A ∪ B) \ (A ∩ B) ⇒ x ∈ A ∪ B va x / ∈ A ∩ B ⇒ (x ∈ A yoki x ∈ B) va (x / ∈ A yoki x / ∈ B) ⇒ (x ∈ A va x / ∈ B) yoki (x ∈ B va x / ∈ A) ⇒ x ∈ A∆B ⇒ (A ∪ B) \ (A ∩ B) ⊂ A∆B. Demak, A∆B = (A ∪ B) \ (A ∩ B) tengligi o‘rinli. 1.1.7. C to‘plami bo‘sh bo‘lishi uchun ixtiyoriy A to‘plami berilganda A∆C = A tengligining o‘rinli bo‘lishi zarur va yetarli ekanligini isbotlang. Yechimi. Yetarliligi. A∆C = A tengligi o‘rinli bo‘lsin. U holda (A \ C) ∪ (C \ A) = A. Bundan C \ A to‘plamning bo‘sh ekanligi kelib chiqadi. Shu bilan birga, A \ C = A bo‘lgani uchun A ∩ C = ∅ tengligi o‘rinli. Demak, C = ∅. Zarurligi. C = ∅ bo‘lsa, u holda A∆C = (A \ C) ∪ (C \ A) = (A \ ∅) ∪ (∅ \ A) = A ∪ ∅ = A. 1.1.8. To‘plamlar nazariyasidagi eng bir ahamiyatli tu- shunchalardan biri bo‘lgan ikkilanganlik prinsipi quyidagi ikki tenglikka asoslangan. Shu tengliklarni isbotlang: a) C( S α A α ) = T α CA α ; b) C( T α A α ) = S α CA α . Yechimi. a) Dastlab C( S α A α ) ⊂ T x CA α ekanligini isbotlaymiz: ∀x ∈ C( S α A α ) ⇒ x / ∈ S α A α ⇒ ∀ α, x / ∈ A α ⇒ x ∈ CA α ⇒ ⇒ x ∈ T α CA α ⇒ C( S α A α ) ⊂ T α CA α . Endi T α CA α ⊂ C( S α A α ) munosabatining o‘rinli ekanligini ko‘rsata- miz: ∀x ∈ T α CA α ⇒ x ∈ CA α ⇒ x / ∈ A α ⇒ x / ∈ S α A α ⇒ ⇒ x ∈ C( S α A α ) ⇒ T α CA α ⊂ C( S α A α ). Natijada berilgan tenglikning o‘rinli ekanligi kelib chiqadi. b) Dastlab C( T α A α ) ⊂ S α CA α ekanligini ko‘rsatamiz: ∀ x ∈ C( T α A α ) ⇒ x / ∈ T α A α ⇒ ⇒ ∃ α 0 Download 1.55 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: |
Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling
ma'muriyatiga murojaat qiling